Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц

Специфика законов в микромире
В физике атома, ядра и элементарных частиц изуча-ются явления, происходящие на очень малых рас-стояниях, очень быстро, при больших скоростях и энергиях, приходящихся на одну частицу.
Характерные размеры:
атом ~ 10-10м (0.1 нанометра, или 1 ангстрем), протон ~ 10-15м = 1 фм (1 фемтометр),
атомное ядро ~ 10-14м = 10 фм (10 фемтометров).
Характерные времена: физика атома ~ 10-8с - 10-11с,
физика ядра и элементарных частиц ~ 10-8с - 10-24с.
Характерные энергии: десятки Эв в физике атома,
миллионы Эв (Мэв) в ядерной физике, миллиарды и триллионы Эв (Гэв и Тэв) в физике элементарных частиц.

Специфика законов в микромире
При больших скоростях и высоких энергиях класси-ческая механика Ньютона перестает быть спра-ведливой, и должна быть заменена релятивистс-кой механикой.
Другой особенностью законов микромира является дискретная структура энергетических спектров атомов, атомных ядер, элементарных частиц. Фун-даментальной константой, характеризующей эту дискретность, является постоянная Планка:
h ≈ 6.6·10-34 Дж·с
Квантовыми свойствами нельзя пренебречь, если малы массы частиц и расстояния между ними, по-этому нам придется изучить некоторые основные законы квантовой теории.

Основные формулы теории относительности
Замедление хода движущихся часов
Лоренцево сокращение длины (Lorentz H.)

Основные формулы теории относительности
Сложение скоростей

Основные формулы теории относительности
Зависимость массы от скорости
Связь между массой и энергией (Einstein A.)
- полная энергия
- энергия покоя
T = E - E0 - кинетическая энергия

Массы покоя некоторых элементарных частиц
Электрон: me = 9.1·10-31кг = 511кэв = 0.511Мэв
Протон: mp = 1.6724·10-27кг = 938.3 Мэв
Нейтрон: mn = 1.6748·10-27кг = 939.6 Мэв
Разность масс нейтрона и протона:
mn - mp = 1.3 Мэв
(Для справки: электрон-вольт: 1Эв = 1.6·10-19 Дж)

Основные формулы теории относительности
Соотношение между энергией и импульсом

Критерии применимости нерелятивистских формул
v << c или T << E0
Если, например, кинетическая энергия про-тона равна 1 Мэв, то это много меньше его энергии (массы) покоя, которая равна 938.3 Мэв, поэтому в данном случае мож-но пользоваться нерелятивистскими фор-мулами.
Если же электрон имеет энергию 1 Мэв, то он является релятивистским, т.к. для него T > E0.